機械磨損的元素含量分析方法在機械故障診斷中的應用
[摘要] 本文通過對機械磨損機理的分析，研究了幾種機械磨損元素含量的分析方法，試圖更加有效利用磨損元素監測對機械設備的運行狀態進行狀態監測。通過研究分析，提出了科學地取樣方式，解決了機械設備加油不定時、不定量、不能定時換油以及各磨損階段特征不同等帶來的問題，并在實際工作中的得到了應用。
[關鍵詞] 狀態監測 故障診斷 取樣方法 元素絕對含量 元素相對含量 元素含量變化率 為了提高設備的可利用率，降低維修費用,各種狀態監測和故障診斷技術逐步得到了應用。設備維修體系相應經歷事后維修、預防性維修，發展到以狀態監測為基準的預測性維修。油樣直接與機械設備的運轉部件相關，因此，它可以更加直接、客觀地反映機械設備的運行狀況。在狀態監測和故障診斷上，油夜分析已經得到了廣泛的應用。
機械磨損是機械故障的主要根源，潤滑油中磨粒濃度的大小和形態直接反映了機械設備的運行狀態。目前，對油樣中微粒的分析，主要有兩種：即光譜分析（包括原子發射光譜分析和原子吸收光譜分析）和鐵譜分析。鐵譜分析主要是定性分析，可以進行粗略地定量分析，分析磨粒較大。光譜分析可以對潤滑油（脂）的微量元素進行準確的定量分析。顯然，對于機械設備的狀態監測和故障診斷的早期預報上，光譜分析具有著十分重要的意義。因此，本文著重于討論光譜磨粒分析技術。由于光譜分析儀器比較昂貴，現場難以推廣，它主要應用于大型機械設備的狀態監測和故障診斷上。
1、機械磨損規律及潤滑油磨粒含量的理論分析
1.1 機械磨損規律及其分析
存在機械運動，就會有摩擦，摩擦一定產生磨損，磨損遵從三個定律：即體積磨損量與摩擦副相對滑動的距離成正比；與法向載荷成正比；與屈服強度或硬度成反比。機械理論和試驗表明：磨損率與摩擦因數之間的關系甚微，通常摩擦因數最多相差一個數量級，而磨損率可以相差3個數量級，這就是說，摩擦因數的變化是很小的，導致摩擦率變化范圍大的原因在于法向載荷的變化。因此，摩擦因數的變化可以忽略。
我們知道，機械設備的磨損一般分為三個階段，在磨合階段，由于摩擦副表面粗糙及幾何形狀和裝配的微量誤差，導致潤滑不良，法向載荷很大，摩擦副表面磨損迅速，這也取決摩擦副的狀況；在正常磨損階段，摩擦副配合趨于正常，磨損趨于正常狀態，摩擦最小，磨損量最小；經過長期運行，磨損到達一定的量時，進入極限磨損階段，磨損量急劇增大。
從以上分析可以得知，對于一臺設備而言，在正常運轉時，法向載荷趨于穩定，摩擦副機械磨損量和時間是一個正比變化的關系；在磨合期，各摩擦副的運行未達到穩定狀態，各摩擦副的磨損量與時間是一個正變關系，各摩擦副磨損率趨小，但是，各摩擦副的磨損率趨小的速度是不一樣的；在極限磨合期，各摩擦副的運行進入了不穩定穩定狀態，摩擦副的磨損量與時間同樣時一個正變關系，但各摩擦副磨損率趨大。這些分析為我們通過分析潤滑油中的磨粒含量，做趨勢分析，進行狀態監測和故障診斷，提供了科學的依據。
1.2 潤滑油磨粒含量的理論分析
從以上的討論中，我們知道，摩擦副的磨損量與時間是一個正變的關系，在正常運行狀態下，它們成正比關系，按照機械潤滑理論，在磨粒溶入潤滑油和磨粒沉降達到平衡時，并且，保持機械設備內潤滑油的總量一定，潤滑油中的磨粒含量與時間的關系也符合磨損量與時間的關系。換句話說，潤滑油中的磨粒含量與時間成正變增加，在正常運行狀態下，呈正比關系，潤滑油中磨粒含量的變化率是一樣的。
但在實際應用中，我們發現有時出現反常的情況，有時候，甚至于導致錯誤的結論，這主要和加油量的控制、取樣的時機和取樣的位置有關。
因此，要做好潤滑油的磨粒含量分析，保持機械設備內潤滑油的總量一定，嚴格遵守取樣取樣規范是非常重要的。
2、磨粒元素含量反映機械運行狀態的機理
2.1 機理
由于機械設備的各個摩擦副在強度、剛度、耐磨性等方面的要求不同，它們對組成材料的要求也有差別，元素構成也就不一樣。因此，當某一種或多種磨損元素的含量出現異常時，它必然反映了含有這些元素的一個或多個摩擦副磨損異常。這為我們定位某摩擦副的磨損狀態和故障診斷分析提供了分析基礎。
2.2 磨粒及污染微粒主要來源（見表1）
對于不同設備而言，磨粒元素可能有一定的差別，在進行分析時，一定要了解設備的實際情況。
表1 主要磨粒的來源